Dans le cadre de notre série “Quels sont les avantages de l’impression 3D ?“, nous examinons de plus près chacun des dix principaux facteurs. Dans cet article, nous examinons dans quelle mesure la fabrication additive peut être considérée comme “durable”.
Le sujet de la “fabrication écologique” est complexe et, à l’instar de la production de voitures électriques, il y a de nombreux niveaux dans ce qui peut ou doit être défini comme “durable” – le produit final peut avoir des références écologiques impressionnantes pour l’utilisateur final, alors que certains aspects de sa production peuvent avoir un impact environnemental similaire à celui d’un moteur à combustion interne conventionnel.
Malgré la diabolisation du plastique au cours de la dernière décennie, l’impression 3D est intrinsèquement durable à bien des égards et peut, lorsqu’elle est déployée intelligemment, réduire les déchets, localiser la production et augmenter le recyclage.
L’idée que l’impression 3D est le summum de la fabrication écologique est cependant loin d’être exacte. Une étude réalisée par l’université de Loughborough au Royaume-Uni a montré qu’en réalité, l’utilisation de lasers et de chaleur au cours du processus d’impression signifie que l’utilisation d’énergie est extrêmement élevée, bien plus élevée en fait que les technologies conventionnelles auxquelles elle est souvent comparée.
Utilisation des matériaux
Il y a cependant un argument selon lequel cela est compensé par l’utilisation minimale de matériaux. L’impression 3D nécessite généralement beaucoup moins de matériaux qu’un processus traditionnel, car elle n’utilise que les matériaux nécessaires à la fabrication de la pièce (plus une petite quantité de matériaux sacrifiés). La fabrication soustractive permet d’éliminer de grandes quantités de matériaux qui sont ensuite gaspillés.
Conception optimisée
Grâce à l’impression 3D, les ingénieurs peuvent désormais optimiser les conceptions afin de réduire encore davantage la quantité de matériau nécessaire sans nuire à la résistance ou à l’intégrité de la pièce, notamment grâce à l’utilisation d’outils automatisés d’optimisation de la conception. Par exemple, les caractéristiques de conception telles que les treillis et les structures en nid d’abeille réduisent considérablement le matériau et donc le poids total d’un composant, tout en conservant la résistance nécessaire à son fonctionnement. Il s’agit d’un facteur important pour les secteurs de l’automobile et de l’aérospatiale, où une réduction du poids a un impact direct sur la consommation de carburant. Autodesk a réalisé une démonstration de faisabilité en 2020 en combinant les méthodes traditionnelles de moulage et d’impression 3D, produisant un prototype de cadre de siège d’avion de classe économique qui était, en moyenne, 54 % plus léger que ses homologues conventionnels. Ces sièges ont permis d’économiser jusqu’à 63 tonnes de carburant par avion sur l’Airbus A380 et de réduire les émissions de carbone de 126 000 tonnes au cours de la même période (ce qui équivaut à retirer 80 000 voitures de la circulation pendant un an !) Comme dans cet exemple, l’impression 3D est la seule à pouvoir regrouper plusieurs pièces en un nombre réduit de composants, voire un seul, ce qui signifie moins d’assemblages, moins de fixations et une voie plus simple vers le recyclage. À l’heure où l’industrie aéronautique est soumise à des pressions pour réduire les émissions, les solutions permettant d’alléger les avions et de réduire la consommation de carburant sont les plus recherchées.
Émissions de distribution
Tant qu’il n’existera pas d’imprimante “Saint Graal”, prête à l’emploi et capable de traiter plusieurs matériaux à un prix acceptable, la vision de la construction à la demande sur place n’est pas encore à l’ordre du jour. Néanmoins, les événements des 18 derniers mois ont amené les entreprises à repenser sérieusement les chaînes d’approvisionnement, ouvrant la voie à des bureaux de services spécialisés qui éliminent les difficultés liées à l’utilisation de machines complexes. La possibilité d’imprimer des pièces n’importe où, dans une usine relativement petite, pourrait théoriquement réduire de manière significative les émissions dues au transport, tout en supprimant le besoin d’installations de stockage monstrueusement grandes. Pour certains des premiers utilisateurs dans les secteurs de l’automobile et de l’aérospatiale, où les émissions sont les plus importantes, les implications environnementales sont énormes.
Types de matériaux
Les polymères sont également très recyclables. Une grande partie des déchets de poudre de Ricoh 3D est recyclée et réutilisée – 90 % de notre matériau phare, le polypropylène, est recyclé au cours du processus, ce qui en fait l’un des matériaux SLS ayant le taux de rafraîchissement le plus bas sur le marché aujourd’hui.
Des solutions imaginatives apparaissent désormais sur le marché du recyclage des déchets. Certaines entreprises, comme Hot Wire Extensions, basée en Suisse, utilisent des déchets de poudre de nylon SLS 3D pour créer des meubles et des installations artistiques spectaculaires. Materialise, leader du marché, utilise depuis longtemps des déchets de nylon pour fabriquer des pièces cosmétiques non fonctionnelles destinées à être vendues au grand public.
Le nylon reste le matériau dominant de l’impression 3D au niveau international, mais il est l’un des plus difficiles à éliminer. C’est pourquoi Ricoh 3D a choisi le polypropylène comme alternative au nylon, car il offre des propriétés équivalentes, voire supérieures, à un coût comparable, et peut être recyclé beaucoup plus facilement.
La demande de matériaux biosourcés produits à partir de plantes, d’huiles naturelles ou de matières cultivées par des bactéries, par opposition aux matériaux traditionnels à base de pétrole, émerge également dans l’industrie, des sociétés comme Lego s’étant engagées à éliminer de leurs produits les plastiques vierges à base de matières fossiles d’ici à 2030 en investissant dans des matériaux recyclés et biosourcés. Le matériau PLA (acide polylactique) est fabriqué à partir de sources entièrement renouvelables et a été popularisé par les particuliers grâce à l’impression FDM. Ces matériaux biodégradables et renouvelables ne conviennent peut-être pas à toutes les applications, mais les entreprises de matériaux les perfectionnent de plus en plus pour en améliorer les propriétés. Il ne fait aucun doute que les innovations en matière de consommation d’énergie et d’efficacité des matériaux continueront à dominer l’ordre du jour, parallèlement à l’adoption accélérée d’outils de conception générative qui permettent d’alléger et de consolider les produits. Elle n’est pas encore “verte”, mais l’impression 3D pourrait bien s’avérer d’une importance capitale pour la création d’une industrie manufacturière plus durable.